پردازش بخار یا سایشی پرینت سه بعدی: کدام یک گزینه‌ی بهتری است؟

به منظور دستیابی به سطح صیقلی بر روی قطعات پرینت سه بعدی، مهندسان از طیف گسترده ای از تکنیک های تکمیلی صنعتی از جمله روش های پوشش دهی، سندبلاست و پرداخت دستی استفاده می کنند. اگرچه چاپ سه بعدی امکان تولید قطعات پیچیده را فراهم می کند، اما چاپ های اولیه که مستقیماً از تولید افزودنی به دست می آیند اغلب سطوح ناهمواری دارند و خطوط لایه‌ها در آن‌ها قابل مشاهده است، به ویژه در قطعات تولید شده با FDM. در این مطلب شما را با دو فرآیند شناخته شده پرداخت سطوح آشنا می کنیم: پردازش بخار و پردازش سایشی.

پروسه‌

پرداخت با بخار

صاف کردن با بخار که تحت عنوان صاف کردن بخار شیمیایی نیز شناخته می شود، تکنیکی است که شامل قرار دادن قطعات چاپ شده در معرض حلال بخار شده است. فرآیند صاف کردن بخار صنعتی مستلزم تعلیق دقیق تک یا چند قسمت در یک محفظه بسته برای حداکثر تاثیر است. یک مخلوط حلال شیمیایی، مانند FA 326، به درون محفظه اسپری می شود، جایی که متراکم می شود و روی قطعه سخت می شود و بی نظمی های سطح را از طریق یک مذاب کنترل شده از بین می برد. با افزایش دمای محفظه، حلال باقیمانده تبخیر شده و بازیابی می شود. قسمت نهایی ضد آب می شود و حفره های داخلی صاف، ابعاد دقیق و حجم مواد اولیه خود را حفظ می کند. برای نتایج بهینه در صاف کردن بخار، توصیه می‌شود این فرآیند در یک محیط کنترل‌شده با استفاده از تجهیزات صنعتی که به‌طور خاص برای چاپ سه‌بعدی صاف کردن بخار طراحی شده‌اند، انجام شود. برای کسانی که به یک رویکرد DIY علاقه مند هستند، صاف کردن بخار، یا در این مورد به نام غوطه وری حلال، می تواند با استفاده از استون یا اتانول به عنوان حلال های شیمیایی به دست آید. با این حال، رعایت احتیاط و اطمینان از وجود تدابیر ایمنی و تجهیزات مناسب ضروری است.

فینیش سایشی

از سوی دیگر، فینیش سایشی از مواد شیمیایی برای صافکاری سطح استفاده نمی کند. در عوض، برای بهبود سطح قطعات پرینت سه بعدی به یک ابزار ساینده متکی است. در این فرآیند، چندین قطعه پرینت سه بعدی در یک وان پر از یک ماده ساینده انتخاب شده و یک مایع روان کننده قرار می گیرند. هنگامی که دستگاه روشن می شود، وان شروع به حرکت می کند و اصطکاک مکانیکی بین قطعه و محیط ساینده ایجاد می کند. این فرآیند کاهشی منجر به حذف حداقل و ملایم بیرونی ترین لایه مواد می شود و کیفیت سطح قطعه را بهبود می بخشد. فینیش سایشی نیاز به اقدامات و تجهیزات ویژه ای دارد و دو روش را ارائه می دهد: روش ارتعاشی و روش غلتشی. روش ارتعاش مخصوصاً برای اجسام بزرگتر و با جزئیات کمتر مناسب است و نتیجه مطلوب را بسیار سریعتر به دست می آورد. با این حال، با روش Tumbling، حرکات بسیار آهسته تر و ملایم تر است و آن را برای قطعات دقیق و ظریف مناسب می کند.
انتخاب ساینده‌ها یا تراشه‌ها در فینیشینگ ارتعاشی بسیار مهم است. تراشه های ساینده می توانند از سرامیک، پلاستیک یا فولاد ساخته شوند که هر کدام نتیجه متفاوتی را ایجاد می کنند. ساینده های سرامیکی مخصوصاً برای تمیز کردن و دستیابی به سطحی براق مناسب هستند. به دلیل چگالی بالا، می توانند فشار بالا را تحمل کنند و برای ماشینکاری قطعات ساخته شده از فولاد ضد زنگ، فلز و پلاستیک مناسب هستند. ساینده های پلاستیکی برای سطوح نرم و ظریفی که نیاز به ماشینکاری ملایم دارند ایده آل هستند. آنها در اشکال هرمی و مخروطی موجود هستند. علاوه بر این، Walther Trowal ساینده‌هایی مخروطی شکل تولید کرده است که برای قطعات بسیار کوچک و دقیق با مناطقی که دسترسی به آن‌ها سخت است، مناسب است. ساینده های فولادی که عمدتاً به شکل کروی در دسترس هستند، باعث حذف حداقل مواد می شوند و مخصوصاً برای پرداخت و تمیز کردن مکانیکی قطعات ساخته شده از فلز، نقره یا آلومینیوم مناسب هستند و سطح صاف و بدون خراش را تضمین می کنند.

نگاره ۳) ساینده‌های سرامیکی در برابر فشار مقاومت بالایی دارند.

علاوه بر مواد ساینده، فرآیند سایشی همچنین به یک مایع روان کننده، نیاز دارد. این ترکیب برای جذب و از بین بردن ساییدگی قطعات و تمیز کردن و چربی زدایی آنها استفاده می شود. یک ترکیب اسیدی را می توان برای ماشینکاری قطعات فلزی انتخاب کرد. پس از پرداخت، انجام فرآیندهای خشک کردن ضروری است. قطعات را می توان در یک خشک کن ارتعاشی خشک کرد، جایی که می‌توان آنها را همراه با محیط های خشک کن گرم شده مانند آرد ذرت، پودر آجیل یا مکعب های چوب و در حالت ارتعاش قرار داد. از طرف دیگر، خشک کن تسمه ای برای قطعات حساس و حجیم با کانال ها و سوراخ های داخلی مناسب است. در تسمه خشک کن، قطعات پرینت سه بعدی از یک سیستم هوای گرم روی یک تسمه عبور داده می شود و به این ترتیب خشک می شود. هم صاف کردن بخار و هم فینیش سایشی به زمان های مختلفی برای تکمیل شدن نیاز دارند، از ده دقیقه تا چند ساعت، بسته به کمیت و پیچیدگی قطعات در حال پردازش.

مواد سازگار

صاف کردن بخار با اکثر پلیمرها و الاستومرهای چاپ سه بعدی سازگار است. مواد متداول مناسب برای صاف کردن بخار عبارتند از اکریلونیتریل استایرن آکریلات (ASA)، اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)، پلی استایرن با ضربه بالا (بسته به دستگاه)، نایلون 11 (PA 11)، نایلون 12 (PA 12)، پلی پروپیلن (PP) و پلی کربنات/آکریلونیتریل بوتادین استایرن (PC-ABS). با این حال، توجه به این نکته مهم است که برای TPU و فیلامنت های خاص، پرداخت بخار توصیه نمی شوند. هر حلال مانند استون، متیل اتیل کتون (MEK)، تتراهیدروفوران (THF)، دی کلرومتان (DCM) و اتیل استات، کارایی و ملاحظات کاربردی خاص خود را دارد. با این حال، Vibratory Finishing با بسیاری از مواد مختلف دیگر سازگار است. به عنوان مثال، روش سایشی نه تنها برای قطعات پرینت سه بعدی ساخته شده از ترموست، ترموپلاستیک ها و الاستومرها، مانند پلی اتیلن (PE)، پلی پروپیلن (PP) یا پلی اتیلن ترفتالات (PET)، بلکه برای فلزاتی مانند آلومینیوم، فولاد ضد زنگ، برنج یا مس نیز قابل استفاده است. این باعث می شود که روشی همه کاره تر باشد که می تواند به عنوان یک روش پردازش فناوری های مختلف پرینت سه بعدی مانند فناوری های FDM/FFF و Powder Bed Fusion مورد استفاده قرار گیرد.

محدودیت ها و مزایای تکنیک ها

هر دو فرآیند مزایای متعددی را در نتیجه ظاهر و خواص سطح ارائه می دهند. با صاف کردن بخار می توانید سطوح صاف و ضد آب را در مقایسه با قطعات قالب گیری تزریقی به دست آورید – افزایش طول، کشش، عملکرد خمشی، حفظ ویژگی ها، استحکام و دقت. از سوی دیگر، فینیش سایشی سطح ضد آبی به دست نمی دهد، بلکه سطوح فوق العاده صافی را فراهم می کند و سطوح مقاوم در برابر خراش و لکه ایجاد می کند. اجزای پردازش شده از طریق روش های سایشی و صاف کردن بخار، سطوح صاف با ظاهری براق را ایجاد می کنند. با این حال، صاف کردن بخار در مقایسه با فینیش سایشی، پوشش براق تری ارائه می دهد. علاوه بر این، قطعاتی که با فینیشینگ سایشی کار می‌کنند، تجربه لمسی نرم‌تر و دلپذیرتری را به دست می‌دهند.

با این حال، توجه به این نکته مهم است که صاف کردن بخار برای هر چاپی مناسب نیست. مدل‌هایی که بیش از حد پیچیده، کوچک، بزرگ یا مسطح هستند ممکن است تغییر شکل دهند یا جزئیات را از دست بدهند. پس از فرآیند صاف کردن بخار، قطعات ممکن است دچار نقص هایی مانند پل زدن، حباب زدن، گزیدگی، جمع شدن لبه ها، لکه لکه شدن، سوراخ و… شوند. علاوه بر این، توجه به این نکته حائز اهمیت است که مواد منعطف در مقایسه با مواد سفت و سخت، مستعد عیوب سطح بیشتری هستند. بنابراین هنگام بخار زدن قطعات متحرک یا قطعات با اتصالات، باید مراقب زمان‌بندی بود تا از به خطر افتادن یکپارچگی مفصل یا ایجاد چسبندگی در اثر قرار گرفتن بیش از حد در معرض بخارات جلوگیری شود. از سوی دیگر، پرداخت سایشی برای طیف وسیع تری از قطعات پرینت سه بعدی مناسب است، زیرا با انتخاب ساینده ها و روش های مختلف می توان آن را با هر نیاز فردی، خواص مواد و ساختار قطعه سازگار کرد. تا زمانی که این فرآیند همیشه به صورت حرفه ای توسط یک متخصص انجام شود، فینیش سایشی تقریبا برای تمام قطعات پرینت سه بعدی مناسب است. با این وجود می تواند منجر به از بین رفتن هندسه قطعه شود. به عنوان مثال، گوشه‌ها و نوک‌های قطعه ممکن است بیش از حد گرد شوند و شکل خود را از دست بدهند، که با صاف کردن بخار رخ نمی‌دهد. به‌علاوه، گاهی اوقات فینیش سایشی نیاز به روش‌های خشک کردن بیشتری دارد که این فرآیند را طولانی‌تر می‌کند.

کاربرد
پردازش بخار تکنیکی است که مورد علاقه صنایعی مانند پزشکی، خودروسازی و هوافضا است و قطعات ضد آب، مقاوم در برابر باکتری و بدون مواد شیمیایی را ارائه می دهد. هنگامی که صحبت از فینیش ساینده به میان می آید، صنعت پزشکی، خودروسازی و ورزشی از این تکنیک بهره می برند. در هر یک از آنها، داشتن سطوح صاف، به ویژه بر روی قطعات فلزی، برای اطمینان از عملکرد فرآیندها و شرایط ایمن از اهمیت بالایی برخوردار است. با این حال، هموارسازی بخار و فینیش سایشی می‌توانند در طول چرخه توسعه محصول، از مدل‌های مفهومی گرفته تا پروتوتایپ‌ها تا محصولات نهایی، اعمال شوند و کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف مانند پزشکی، خودرو و کالاهای مصرفی پیدا کنند. قطعات پردازش شده با فرآیند پایان ارتعاشی، به عنوان مثال، قطعات خودرو برای صنعت خودرو یا تیغه های اسکیت و تجهیزات تناسب اندام برای صنعت ورزش هستند. علاوه بر این، جواهرات و کارد و چنگال اغلب با تکنیک سایشی برای مصرف کنندگان آماده می شوند. یکی از مواردی که قطعات پرداخت بخار اغلب برای آن در صنعت خودرو استفاده می شود، اجزای داخلی یک وسیله نقلیه مانند داشبورد، دستگیره درها و عناصر کنسول مرکزی است. پرداخت با بخار همچنین برای قطعات هواپیما در صنعت هوافضا مانند بال، مجرای هوا و قطعات موتور و غیره استفاده می شود.

نگاره ۵) فینیش سایشی اغلب برای قطعات هواپیما استفاده می‌شود.

ارائه دهندگان و قیمت ها

به عنوان مثال SPALECK GmbH، VibraFinish یا Rohde AG، هم برای مشتریان خصوصی و هم برای شرکت ها، فینیشینگ ساینده را ارائه می دهند. برای پردازی بخار، Xometry، AMT، DyeMansion، Protolabs، و Hubs ارائه دهندگان خدمات قابل توجهی هستند که خدمات پردازش بخار را با یک دستگاه محلول پس از پردازش مشخص یا بر اساس مواد ارائه می دهند. 3Faktur، یک شرکت آلمانی، هر دو نوع این خدمات را ارائه می دهد. ماشین‌های قابل توجه صاف‌کننده بخار مانند سری AMT PostPro3D و Powerfuse S راه‌حل‌هایی هستند که توسط Xometry و DyeMansion ارائه می‌شوند، در حالی که Protolabs و Hubs به ترتیب با مواد SLS و MJF HPA 12، PA 12 و MJF Ultrasint™ TPU-01 کار می‌کنند.
در مورد فینیش ساینده، قیمت ماشین‌های صنعتی بزرگ از تولیدکنندگانی مانند Walther Trowal، AVAtec یا Garant از حدود 18000 تا 21000 دلار (17000 تا 20000 یورو) متغیر هستند. مواد ساینده اما بین 21 تا 44 دلار (20 تا 40 یورو) برای 2 کیلوگرم متغیر است. قیمت بسته به مقدار و اندازه قطعات مورد پردازش به طور قابل توجهی متفاوت است. برای پرداخت بخار، هزینه های سرویس برای صاف کردن یک قطعه ممکن است از 5 تا 15 دلار (4 تا 14 یورو) بسته به پیچیدگی قطعه متغیر باشد، اگرچه بسیاری از تولیدکنندگان اغلب این خدمات را تنها به عنوان بخشی از یک بسته 10 قطعه ای ارائه می کنند. خرید یک واحد دستگاه صاف کننده بخار می تواند بسته به نیازها از نظر هزینه بسیار متفاوت باشد، ابتدایی ترین دستگاه ها از 1000 دلار شروع می شوند، و در مورد دستگاه های صنعتی می توانند به بیش از 100،000 دلار (900 تا 92،000 یورو) برسند. قیمت نیز ممکن است بسته به منطقه، سازنده، و کیفیت تحت تاثیر قرار گیرد.

منبع:  3dnatives